JP5896072B2

JP5896072B2 - 鉱石スラリー製造設備および鉱石スラリー製造方法

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Publication number: JP5896072B2
Application number: JP2015135896A
Authority: JP
Inventors: 知尚福家; 中野　修; 修中野
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2015-07-07
Filing date: 2015-07-07
Publication date: 2016-03-30
Anticipated expiration: 2033-11-01
Also published as: JP2015172254A

Description

本発明は、鉱石スラリー製造設備および鉱石スラリー製造方法に関する。さらに詳しくは、例えば、ニッケル酸化鉱石からニッケルを回収する高温加圧硫酸浸出法を用いた湿式製錬において、高温加圧硫酸浸出工程に送るニッケル酸化鉱石のスラリーを製造するための鉱石スラリー製造設備および鉱石スラリー製造方法に関する。

リモナイト鉱等に代表される低品位ニッケル酸化鉱石からニッケル、コバルト等の有価金属を回収する湿式製錬法として、硫酸を用いた高圧酸浸出法（HPAL: High Pressure Acid Leaching）である高温加圧硫酸浸出法が知られている。

図２に示すように、ニッケル酸化鉱石からニッケル・コバルト混合硫化物を得る湿式製錬には、前処理工程（１）と、高温加圧硫酸浸出工程（２）と、固液分離工程（３）と、中和工程（４）と、脱亜鉛工程（５）と、硫化工程（６）と、無害化工程（７）とが含まれる（例えば、特許文献１）。

前処理工程（１）では、ニッケル酸化鉱石を解砕分級して鉱石スラリーを製造する。高温加圧硫酸浸出工程（２）では、前処理工程（１）で得られた鉱石スラリーに硫酸を添加し、220〜280℃で撹拌して高温加圧酸浸出し、浸出スラリーを得る。固液分離工程（３）では、高温加圧硫酸浸出工程（２）で得られた浸出スラリーを固液分離して、ニッケルおよびコバルトを含む浸出液（以下、「粗硫酸ニッケル水溶液」という。）と浸出残渣とを得る。

中和工程（４）では、固液分離工程（３）で得られた粗硫酸ニッケル水溶液を中和する。脱亜鉛工程（５）では、中和工程（４）で中和した粗硫酸ニッケル水溶液に硫化水素ガスを添加して亜鉛を硫化亜鉛として沈殿除去する。硫化工程（６）では、脱亜鉛工程（５）で得られた脱亜鉛終液に硫化水素ガスを添加してニッケル・コバルト混合硫化物とニッケル貧液とを得る。無害化工程（７）では、固液分離工程（３）で発生した浸出残渣と、硫化工程（６）で発生したニッケル貧液とを無害化する。

上記のようなニッケル酸化鉱石からニッケルを回収する高温加圧硫酸浸出法を用いた湿式製錬においては、ニッケル酸化鉱石を解砕し、湿式篩を使用して所定の大きさ以下に分級し、スラリー化して高温加圧硫酸浸出工程に送る。また、高温加圧硫酸浸出工程に送られる鉱石スラリーは、高温加圧硫酸浸出工程における酸消費量、得られる浸出液のニッケル濃度およびその他の不純物濃度が所定の割合となる様に、数種類のニッケル酸化鉱石をブレンドして作られる。

この時点で得られる鉱石スラリーの固体成分率（鉱石スラリー中の固体分（鉱石）の重量比率）は10〜20%と低いため、このまま高温加圧硫酸浸出工程に送ると高温加圧浸出工程後の工程内のニッケル濃度が低く、同じニッケル量を処理するための液量が多くなり、効率的にニッケルを回収できない。そこで、シックナーを用いて鉱石スラリーの固体成分率を上げてから高温加圧硫酸浸出工程へ送ることが行われる。これにより、高温加圧硫酸浸出工程への単位時間当たりのニッケル通過量が増加し、ニッケル回収効率が高くなる。

高温加圧硫酸浸出工程に送られる鉱石スラリーは、固体成分率が高いほど高温加圧硫酸浸出工程への単位時間当たりのニッケル通過量を増加させることができる。しかし、固体成分率が高すぎると鉱石スラリーの粘度が上昇し、ポンプ能力律速により送液が困難になったり、配管閉塞したりする。そのため、鉱石スラリーの固体成分率は最適値（40〜45％）で維持されるよう調整される。

鉱石種によりシックニング挙動が異なるため、シックナーから得られる鉱石スラリーの固体成分率は、ブレンドした鉱石種、ブレンド比率、シックニングに用いる凝集剤の種類、添加量等に依存する。そのため、従来はブレンドした鉱石種やブレンド比率に応じて、過去のデータや作業者の経験則を参考に凝集剤の種類や添加量を調整し、目的とする固体成分率の鉱石スラリーを得ていた。しかし、目的とする固体成分率の鉱石スラリーを安定して得られるようにシックニングの操業管理を行うのは、熟練した作業者をもってしても困難であった。

そこで、シックニング効果の異なる２種類のシックナーを用いて、各シックナーで所定の固体成分率となった鉱石スラリーを所定の割合で撹拌槽で混合することで、目的とする固体成分率の鉱石スラリーを得る方法が考案された。この方法により、ブレンドした鉱石種やブレンド比率に影響されずに、目的とする固体成分率の鉱石スラリーを得ることができる。

高温加圧硫酸浸出工程において回収されるニッケル量を増加させるためには、高温加圧硫酸浸出工程に大量の鉱石スラリーを連続的に送液する必要がある。そのため、上記方法では、大容量の撹拌槽が必要となる。しかし、大量の鉱石スラリーを大容量の撹拌槽で混合すると、２種類のシックナーから供給された鉱石スラリーの固体成分率の差により、撹拌槽内の鉱石スラリーの固体成分率が不均一となり、高温加圧硫酸浸出工程に送られる鉱石スラリーの固体成分率に変動が生じる。その結果、高温加圧硫酸浸出工程に投入されるニッケル量が変動し、効率的なニッケル回収が困難になるという問題がある。

特開２００５−３５０７６６号公報

本発明は上記事情に鑑み、固体成分率が異なる鉱石スラリーを均一に混合でき、かつ大量の鉱石スラリーを連続的に送液できる鉱石スラリー製造設備および鉱石スラリー製造方法を提供することを目的とする。

第１発明の鉱石スラリー製造設備は、シックニング効果の異なる複数のシックナーと、前記複数のシックナーから得られた鉱石スラリーを予備混合する小容量の予備混合装置と、前記予備混合装置から供給された鉱石スラリーを混合する大容量の主混合装置と、前記複数のシックナーから得られた鉱石スラリーの前記予備混合装置への供給量を、混合後の鉱石スラリーが目的とする固体成分率となるように制御する制御装置と、を備えることを特徴とする。
第２発明の鉱石スラリー製造方法は、固体成分率が異なる鉱石スラリーを小容量の予備混合装置で予備混合し、前記予備混合装置から供給された鉱石スラリーを大容量の主混合装置で混合するにあたり、前記固体成分率が異なる鉱石スラリーの前記予備混合装置への供給量を、混合後の鉱石スラリーが目的とする固体成分率となるように制御することを特徴とする。

第１発明によれば、固体成分率が異なる鉱石スラリーを小容量の予備混合装置で予備混合するので均一に混合できる。また、鉱石スラリーは大容量の主混合装置に一時貯留されるので大量の鉱石スラリーを連続的に送液できる。さらに、固体成分率が異なる鉱石スラリーの混合比率を調整することで、目的とする固体成分比率の鉱石スラリーを生成できる。
第２発明によれば、固体成分率が異なる鉱石スラリーを小容量の予備混合装置で予備混合するので均一に混合できる。また、鉱石スラリーは大容量の主混合装置に一時貯留されるので大量の鉱石スラリーを連続的に送液できる。さらに、固体成分率が異なる鉱石スラリーの混合比率を調整することで、目的とする固体成分比率の鉱石スラリーを生成できる。

本発明の一実施形態に係る鉱石スラリー製造設備の説明図である。高温加圧硫酸浸出法を用いた湿式製錬の全体工程図である。

つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
本発明の一実施形態に係る鉱石スラリー製造設備は、ニッケル酸化鉱石からニッケルを回収する高温加圧硫酸浸出法を用いた湿式製錬において、高温加圧硫酸浸出工程に送るニッケル酸化鉱石のスラリーを製造するのに用いられる。すなわち、鉱石スラリー製造設備は、ニッケル酸化鉱石を解砕分級してスラリー化したものを原料鉱石スラリーとし、その原料鉱石スラリーを目的の固体成分率となるように濃縮して濃縮鉱石スラリーを製造する。

図１に示すように、本実施形態の鉱石スラリー製造設備Ａは、第１シックナー１０と、第２シックナー２０と、予備撹拌槽３０と、主撹拌槽４０と、制御装置５０とを備える。なお、予備撹拌槽３０が特許請求の範囲に記載の「予備混合装置」に相当し、主撹拌槽４０が特許請求の範囲に記載の「主混合装置」に相当する。

各シックナー１０、２０は、円筒状の外枠と中心部が深くなった円錐状の底部とを有するシックナー本体と、シックナー本体の内部で回転するレーキとを備える。シックナー本体に供給された鉱石スラリーが沈降して凝集することで上部の上澄み液部分と下部の沈降濃縮部とが形成され、シックナー本体の最下部に設けられているスラリー回収口から濃縮された鉱石スラリーが回収される。鉱石スラリーの沈降性を向上させるため、シックナー本体に凝集剤を添加してフロックを形成させることが行われる。また、レーキをゆっくりと回転することにより、沈降濃縮部で鉱石スラリーの沈降濃縮を進め、一様な堆積状態を確保する。

予備撹拌槽３０は、槽本体３１と、槽本体３１の内部で回転するパドル型の撹拌翼３２とを備える撹拌槽である。同様に、主撹拌槽４０は、槽本体４１と、槽本体４１の内部で回転するパドル型の撹拌翼４２とを備える撹拌槽である。予備撹拌槽３０と主撹拌槽４０は、相対的に予備撹拌槽３０が小容量であり、主撹拌槽４０が大容量である。

第１シックナー１０と第２シックナー２０は並列に接続されている。第１シックナー１０には第１原料鉱石スラリーが供給されており、第１シックナー１０から得られた第１中間鉱石スラリーは予備撹拌槽３０に供給されている。第２シックナー２０には第２原料鉱石スラリーが供給されており、第２シックナー２０から得られた第２中間鉱石スラリーも予備撹拌槽３０に供給されている。第１中間鉱石スラリーと第２中間鉱石スラリーは、予備撹拌槽３０において予備混合され、ついで主撹拌槽４０において混合され、濃縮鉱石スラリーとして高温加圧硫酸浸出工程に送られる。

なお、本明細書では、第１シックナー１０に供給される鉱石スラリーを「第１原料鉱石スラリー」、第２シックナー２０に供給される鉱石スラリーを「第２原料鉱石スラリー」、第１シックナー１０から得られた鉱石スラリーを「第１中間鉱石スラリー」、第２シックナー２０から得られた鉱石スラリーを「第２中間鉱石スラリー」、主撹拌槽４０から得られた鉱石スラリーを「濃縮鉱石スラリー」と称する。

第２シックナー２０としては、第１シックナー１０よりシックニング効果の高いシックナーが用いられる。ここで、シックニング効果とは得られる鉱石スラリーの固体成分率の程度を意味し、シックニング効果が高いとは、高い固体成分率の鉱石スラリーが得られることを意味する。シックニング効果は、シックナーの形状や大きさ等に依存する。

第１シックナー１０に供給される第１原料鉱石スラリーは、ニッケル酸化鉱石を解砕し、湿式篩を使用して所定の大きさ（例えば2mm）以下に分級し、さらに複数種類のニッケル酸化鉱石をブレンドしてスラリー化したものである。第２シックナー２０に供給される第２原料鉱石スラリーも、複数種類のニッケル酸化鉱石をブレンドしてスラリー化したものである。第１原料鉱石スラリーおよび第２原料鉱石スラリーは、ブレンドする鉱石種やブレンド比率が同じであってもよいし、異なってもよい。第１原料鉱石スラリーおよび第２原料鉱石スラリーの固体成分率は10〜20%である。

第１シックナー１０により第１原料鉱石スラリーを濃縮して第１中間鉱石スラリーを得る。ここで、第１中間鉱石スラリーの固体成分率は、濃縮鉱石スラリーとしての目的の固体成分率よりも低い第１固体成分率となるように調整される。換言すれば、第１固体成分率の第１中間鉱石スラリーが得られるように、第１シックナー１０としてシックニング効果の低いシックナーが用いられる。

第２シックナー２０により第２原料鉱石スラリーを濃縮して第２中間鉱石スラリーを得る。ここで、第２中間鉱石スラリーの固体成分率は、濃縮鉱石スラリーとしての目的の固体成分率よりも高い第２固体成分率となるように調整される。換言すれば、第２固体成分率の第２中間鉱石スラリーが得られるように、第２シックナー２０としてシックニング効果の高いシックナーが用いられる。

第１中間鉱石スラリーは第１ポンプ１１の駆動により予備撹拌槽３０に供給され、第２中間鉱石スラリーは第２ポンプ２１の駆動により予備撹拌槽３０に供給される。制御装置５０は、第１ポンプ１１と第２ポンプ２１の動作を制御して、予備撹拌槽３０に供給する第１中間鉱石スラリーと第２中間鉱石スラリーの供給量を制御する。これにより、第１固体成分率の第１中間鉱石スラリーと第２固体成分率の第２中間鉱石スラリーの混合比率を調整し、予備撹拌槽３０および主撹拌槽４０において目的とする固体成分比率（例えば、40〜45％）の濃縮鉱石スラリーを生成する。

第１、第２シックナー１０、２０から得られた固体成分率が異なる第１、第２中間鉱石スラリーは、まず予備撹拌槽３０で予備混合される。そして、予備撹拌槽３０から供給された鉱石スラリーは、主撹拌槽４０で混合された後、高温加圧硫酸浸出工程に送られる。

このように、固体成分率が異なる第１、第２中間鉱石スラリーを小容量の予備撹拌槽で予備混合するので、これらを均一に混合でき、固体成分率のばらつきのない濃縮鉱石スラリーを製造できる。しかも、予備撹拌槽３０と主撹拌槽４０の２段階で混合するので、これによっても第１、第２中間鉱石スラリーを均一に混合できる。その結果、高温加圧硫酸浸出工程に送られる濃縮鉱石スラリーの固体成分率の変動が小さくなり、高温加圧硫酸浸出工程に投入されるニッケル量が安定し、効率的なニッケル回収ができる。

また、濃縮鉱石スラリーは大容量の主撹拌槽４０に一時貯留されるので、高温加圧硫酸浸出工程に大量の濃縮鉱石スラリーを連続的に送液できる。

ここで、予備撹拌槽３０における鉱石スラリーの滞留時間を20秒〜5分に調整することが好ましい。このように調整すれば、固体成分率が異なる第１、第２中間鉱石スラリーを十分に混合できる。また、予備撹拌槽３０を小容量として設備コストを低減できる。

あるいは、予備撹拌槽３０として有効容積が1〜15m³のものを用いてもよい。予備撹拌槽３０の有効容積が1〜15m³であれば、固体成分率が異なる第１、第２中間鉱石スラリーを十分に混合できる。また、予備撹拌槽３０を小容量として設備コストを低減できる。

（その他の実施形態）
上記実施形態において、予備撹拌槽３０に代えて、他の構成の予備混合装置を用いてもよい。しかし、スタティックミキサーのような混合装置では、鉱石スラリーによる磨耗や詰まりが発生する恐れがある。そのため、撹拌槽の方が、鉱石スラリーによる磨耗や詰まりが生じにくく、メンテナンス性が良い。

上記実施形態ではシックニング効果の異なる２つのシックナー１０、２０を有する構成であるが、３つ以上のシックナーを備え、これらから得られた鉱石スラリーを混合する構成でもよい。

（実施例）
図１に示す上記実施形態の鉱石スラリー製造設備Ａを用いて濃縮鉱石スラリーを製造した。予備撹拌槽３０はパドル型撹拌翼を備えた撹拌槽であり、有効容積は約3.2m³である。予備撹拌槽３０における鉱石スラリーの滞留時間は平均約１分である。主撹拌槽４０はパドル型撹拌翼を備えた撹拌槽であり、有効容積は約1,700m³である。

第１シックナー１０から得られた第１中間鉱石スラリー、第２シックナー２０から得られた第２中間鉱石スラリー、および主撹拌槽４０から得られた濃縮鉱石スラリーの固体成分率を１時間毎に７日間測定した（測定データ数：168点）。各鉱石スラリーの固体成分率の最大値、最小値、平均値、および標準偏差を表１に示す。

第１中間鉱石スラリーの固体成分率の平均値は38.5%、標準偏差は1.4％であった。第２中間鉱石スラリーの固体成分率の平均値は44.6%、標準偏差は0.9％であった。濃縮鉱石スラリーの固体成分率の平均値は43.5%、最大値は44.9%、最小値は41.5%、標準偏差は0.7%であった。

(比較例)
実施例と同構成の鉱石スラリー製造設備において、予備撹拌槽３０を用いずに、第１中間鉱石スラリーおよび第２中間鉱石スラリーを直接主撹拌槽４０に供給して、濃縮鉱石スラリーを製造した。

第１中間鉱石スラリーの固体成分率の平均値は38.8%、標準偏差は1.4％であった。第２中間鉱石スラリーの固体成分率の平均値は45.1%、標準偏差は0.9％であった。濃縮鉱石スラリーの固体成分率の平均値は43.4%、最大値は46.2%、最小値は36.5%、標準偏差は1.3%であった。

以上のように、第１中間鉱石スラリーおよび第２中間鉱石スラリーの固体成分率は、実施例と比較例とで同程度である。しかし、濃縮鉱石スラリーの固体成分率は、実施例の方が比較例に比べて標準偏差が小さい。また、実施例の方が最大値と最小値との差が小さい。これより、上記実施形態の鉱石スラリー製造設備Ａによれば、濃縮鉱石スラリーの固体成分率の変動が小さくなることが確認された。

１０…第１シックナー
１１…第１ポンプ
２０…第２シックナー
２１…第２ポンプ
３０…予備撹拌槽
４０…主撹拌槽
５０…制御装置

Claims

シックニング効果の異なる複数のシックナーと、
前記複数のシックナーから得られた鉱石スラリーを予備混合する小容量の予備混合装置と、
前記予備混合装置から供給された鉱石スラリーを混合する大容量の主混合装置と、
前記複数のシックナーから得られた鉱石スラリーの前記予備混合装置への供給量を、混合後の鉱石スラリーが目的とする固体成分率となるように制御する制御装置と、を備える
ことを特徴とする鉱石スラリー製造設備。
固体成分率が異なる鉱石スラリーを小容量の予備混合装置で予備混合し、
前記予備混合装置から供給された鉱石スラリーを大容量の主混合装置で混合するにあたり、
前記固体成分率が異なる鉱石スラリーの前記予備混合装置への供給量を、混合後の鉱石スラリーが目的とする固体成分率となるように制御する
ことを特徴とする鉱石スラリー製造方法。